EP1515161A1 - Optischer Entfernungsmesser und Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen einem Objekt und einem Referenzpunkt - Google Patents

Optischer Entfernungsmesser und Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen einem Objekt und einem Referenzpunkt Download PDF

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EP1515161A1
EP1515161A1 EP04104355A EP04104355A EP1515161A1 EP 1515161 A1 EP1515161 A1 EP 1515161A1 EP 04104355 A EP04104355 A EP 04104355A EP 04104355 A EP04104355 A EP 04104355A EP 1515161 A1 EP1515161 A1 EP 1515161A1
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EP
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interest
rangefinder
electromagnetic radiation
optical
scan
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Noel Wayne Anderson
Robert George Thackray
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Deere and Co
Original Assignee
Deere and Co
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Publication date
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    • G01S17/86—Combinations of lidar systems with systems other than lidar, radar or sonar, e.g. with direction finders

Definitions

  • the invention relates to an optical rangefinder and a Method for determining the distance between an object and a reference point.
  • a rangefinder is an instrument or device that is used to Determining the distance of an object from a reference point is used.
  • a laser rangefinder a rotating mirror assembly to the Direction of a beam emitted by the laser rangefinder pretend. He can use a mechanically controlled mirror having a certain required range of motion strokes to a desired setting or angular position to reach. Because such mechanical scanners have a specific Range of motion to a desired To achieve movement of the laser or light beam is the actual response time of the mechanical scanner is greater than for certain applications would be desirable, for. B. for the Vehicle steering.
  • the laser rangefinder in an agricultural Environment is exposed to dust or other solid particles, The range of motion of the laser rangefinder can be limited and thereby the performance can be reduced. Vibrations of the Laser rangefinder can cause mechanical failure or multiple connections in the rotating mirror assembly to lead. Moreover, the mechanical components of a rotating mirror assembly through manufacturing restrictions and Costs limited to a practical minimum size. The size of a rotating mirror assembly may be too large to fit in one desired housing size of the laser rangefinder recorded to become.
  • the object underlying the invention is seen therein to provide a laser rangefinder, the one or has several properties: fast or Real-time response, suitable for dynamic vehicle control is, a compact housing, resistance to dust and other solid particles, and reliability despite acting vibrations.
  • the optical rangefinder to determine the distance to an object comprises an optical source electromagnetic Radiation.
  • a focusing optical element focuses or collimates the electromagnetic radiation to a Micro mirror array or array.
  • a data processor controls the Micro-mirror assembly such that they focused electromagnetic radiation in a defined direction or in emits a defined radiation pattern.
  • a beam adjustment sets the beam size (eg width) of the emitted beam a region of interest of interest to a desired Provide resolution level for this room area.
  • One optical transmission element focuses or collimates the defined beam on an object.
  • An optical receiving element receives from the object or within a field of interest reflected electromagnetic radiation.
  • a detector has the Reception of reflected electromagnetic radiation after.
  • One Timer measures the time between sending the electromagnetic radiation to the object and the reception of the electromagnetic radiation from any object within the field of view, the sufficiently reflective and of appropriate minimum size is to make a return generate electromagnetic radiation of sufficient strength has passed.
  • a data processor calculates the elapsed time in a distance between the object and a reference point.
  • a larger area with a smaller resolution sampled Based on these first sample data may be existing smaller areas of interest identified that then scanned at a higher resolution.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an optical rangefinder 99 for determining the distance between an object 108 and a reference point.
  • the reference point may be with reference to the rangefinder 99 or a part thereof.
  • the optical rangefinder 99 includes an outgoing one optical path 101 and an incoming optical path 103.
  • the outgoing optical path 101 is connected to an electromagnetic Signal (eg a pulse or a pulse train) in relation, which is sent by the rangefinder 99 to an object 108, while the incoming optical path 103 with the reflected electromagnetic signal coming from the rangefinder 99 is received, is related.
  • the outgoing optical path 101 includes a source 100 for electromagnetic energy focusing optical element 102, a micromirror arrangement 104 and an optical transmission element 106.
  • the incoming Optical path 103 includes an optical receiving element 110 and a detector 112.
  • the optical rangefinder 99 includes the source 100 for electromagnetic energy (eg a laser), the electromagnetic energy to the focusing optical element 102 (eg, a lens).
  • the electromagnetic radiation can be an infrared ray, near infrared, ultraviolet, red light, a ray in the visible spectrum or another ray of light be.
  • the focusing optical element 102 focuses or collimates the electromagnetic radiation on the micromirror arrangement 104.
  • the focusing optical element 102 may be the beam expand or shape into a parallel beam.
  • One Data processor 116 controls micromirror assembly 104 to control the focused electromagnetic radiation (eg a linear Beam) in a defined direction or a defined To direct radiation patterns.
  • the optical transmission element 106 focuses the defined radiation pattern on the object 108.
  • the optical receiving element 110 is arranged, electromagnetic Receive radiation that reflects from the object 108 has been.
  • the detector 112 has the reception of reflected electromagnetic radiation.
  • the reception of the reflected Radiation pattern is linked to a reception time.
  • detector 112 generates a signal indicative of Intensity of the received beam reflection is proportional.
  • One Timer 118 determines the time between a send time a transmission of the electromagnetic radiation (eg identifiable or traceable pulse) to the object 108 and a reception time of reception of the electromagnetic Radiation (eg an identifiable or traceable Pulse) from the object 108 has elapsed.
  • the time between leaving the beam from the rangefinder 99 and its Return to the rangefinder 99 has passed is becoming Determination of the distance between the rangefinder 99 and the object 108 used.
  • the data processor 116 converts the elapsed time in a distance between the object 108 and a reference point, z. B. the rangefinder 99th If the Beam generates multiple returns by holding multiple objects the past can be considered the arrival of the first Rewind, the last Rewind, the strongest Rewind, one Average or median of multiple returns, one mode multiple returns or consistent with a suitable, reliable propaganda model or other statistical Model are valued.
  • the source 100 transmits electromagnetic Energy one or more pulses (eg a identifiable or traceable pulse) electromagnetic Radiation and the timer 118 registers the Transmission time.
  • the Source 100 different frequencies or frequency ranges transmitted to the determination of the color of the visible light Object 108 based on the presence or absence reflected electromagnetic energy in relation to transmitted frequency of the rangefinder 99 easier.
  • the source 100 has a Laser with an output power that is considered safe is used to charge people with her, accordingly applicable technical or legislative standards (eg US and international standards, federal communication commission rules or laws).
  • the micromirror assembly 104 comprises a micromechanical device that releases a free selectable beam position or beam alignment and a variable beam size supported.
  • a micromirror arrangement 104 For example, a micro-electro-mechanical system, a compliant micro-electro-mechanical system or another Device include.
  • the micromirror assembly 104 includes rows of reflective ones Elements (eg, mirrors) associated with a substrate (eg, a Semiconductor substrate) are connected.
  • Reflecting elements can be individually, together, consecutively or in combination be energized from it to a desired area to be sampled (eg a field of view). Every reflective element can have one or more capacitive plates or conductive Elements are applied to the reflective element deform and thereby move the reflective element, the to direct electromagnetic radiation (eg light beam). More as a reflective element, the electromagnetic Radiation (eg the light beam) simultaneously conduct what a larger beam results than if only a single one reflective element the electromagnetic radiation (eg. Light beam) reflected.
  • the electromagnetic Radiation eg the light beam
  • the electromagnetic Radiation simultaneously conduct what a larger beam results than if only a single one reflective element the electromagnetic radiation (eg. Light beam) reflected.
  • a beam controller 117 controls the micromirror assembly 104, to get a controlled radiation pattern.
  • the controlled Radiation pattern may be one of the following: a first pattern for scanning a field of view, a second pattern for covering a sample of the visual field, and a third pattern to the Cover a child (smaller) area of the Field of view.
  • the beam control 117 sets a beam width or beam size of the defined radiation pattern.
  • the Size of the output beam, its intensity or both can thus be dynamically tuned to a person of interest Area (eg a global area of interest or a local area of interest).
  • the Rangefinder 99 fine tunes a scan path (e.g. a scan line) or a scan path with higher resolution provide some of the active reflective elements, which lead the beam, be changed.
  • the jet control 117 can adjust the beam dynamically, without limitation by the Rotational speed of a multilateral mechanical mirror of known systems.
  • elastomers are interposed between the reflective Element and the substrate of the micromirror assembly 104 inserted to the response time between a deformation and the Shut down rest position after the item is no longer with Energy is applied. That with the reflective element bonded elastomer can be used to the Range of movement of the reflective elements to increase what in turn increases the scanning angle range. That with the reflective element connected elastomer can be the energy or reduce voltage used to control the Micro-mirror assembly 104 is needed.
  • Micromirror arrays 104 can be through semiconductor and integrated Circuit manufacturing process can be produced. details micromirror arrangements 104 may be one or more of the following: silicon, silicon oxide, Silicon nitride, aluminum, silver and nickel.
  • the inclination or movement of the reflective elements is through controlled electrostatic charges applied to electrodes become.
  • Semiconductor switches such as complementary Metal oxide silicon transistors (CMOS) can be used by the position of the reflective elements to control electrostatic deflection and the position of the to detect reflective elements by capacitive sensing.
  • CMOS complementary Metal oxide silicon transistors
  • the capacitive sensing of the position of the reflective elements allows feedback to fine-tune the preferred one Alignment of the reflective elements and that to reach Such an orientation required electrical energy.
  • the beam control 117 may be inputs from a capacitive Accept sensing and semiconductor switches or a driver Activate the applied to the electrodes electrostatic To control charges.
  • the micromirror assembly 104 supports activation of different reflective elements in virtually everyone Order (that is, a freely selectable order) by one to achieve the desired position of the reflective elements, instead of going through a certain sequence of motion to a desired position or angle inclination of a mirror Achieve as required with mechanical laser scanners can be.
  • the micromirror arrangement 104 therefore supports a dynamic, free access to the positioning of the mirror to Generation of structured light.
  • the micromirror arrangement 104 can provide data about a region or area of interest in terms of coordinates, intensity and distance provide.
  • a driver may be connected between the beam control 117 and the Micro-mirror assembly 104 may be arranged to an electronic Interface between the beam control 117 and the Micro-mirror assembly 104 to provide.
  • the beam control 117 may create a scan pattern or bias pattern, to select electrical energy at one or more selected to emit reflective elements of micromirror array 104.
  • a micromirror assembly 104 may be such be driven, that it is a linear array of Picture elements or other patterns of structured light projected.
  • the driver or beam controller 117 may be any activate subsequent elements of micromirror array 104, even before the item is actually needed to work with the Activation and movement of the element of Micromirror arrangement 104 to reduce associated delay. The time lag between the energy input and the Activation of the subsequent elements is thus minimized, which reduces the response time of the micromirror arrangement.
  • the Micromirror arrangement 104 provides a freely accessible access ready for mirror positioning to provide tightly structured light to produce.
  • the beam control 117 acts on the micromirror arrangement 104 to provide pulses of light or radiation, wherein the flying time of a reflective obstacle or another Object 108 is measured.
  • the micromirror arrangement 104 supports great flexibility and efficiency in the Image data collection. For example, a first beam collects a smaller resolution a smaller amount of rasterized Image data points (i.e., first scan data) as a second ray with a larger resolution.
  • the from the optical receiving element 110 received reflection of the first beam can be used to identify where objects of potential interest lie.
  • the received from the optical receiving element 110 Reflection of the second beam with higher sampling resolution can then be used to collect data of higher density on local areas of interest are limited. There are Significant improvements in the efficiency of data collection (eg.
  • a second scan higher Resolution with the second ray follows, instead of one Scanning the entire scene with high resolution and then do the voluminous data from the sample with high resolution (eg the global area of interest) to process information about the interested Extract surfaces.
  • the entire scene represents a crop edge and the local area of interest provides a gap or break in the crop edge (eg by crippled plant growth or a previously harvested area).
  • the local area of interest by one or more discontinuities in the reflectivity of the entire scene or crop edge or Discontinuities regarding certain frequencies radiated Light identified.
  • FIG. 2 is a flow chart of a method for Determining a distance of an object 108 from a Reference point. The process in Figure 2 begins with the step S200.
  • a source 100 for electromagnetic radiation is emitted Energy electromagnetic radiation (eg a light beam).
  • a timer 118 may communicate with the sending of an identifiable Pulse of electromagnetic radiation from the rangefinder 99 Record connected time.
  • a focusing optical element focuses 102 the electromagnetic radiation on a Micromirror arrangement 104.
  • a lens may be used as a focusing optical element 102, the electromagnetic Focus radiation onto micromirror assembly 104.
  • a diffraction grating as focusing optical element 102, the electromagnetic Energy to the micromirror assembly 104.
  • step S204 the micromirror assembly 104 conducts focused electromagnetic radiation in a defined Direction or a defined radiation pattern on an object 108 (eg a plant, an obstacle, crop, Crop edge or stubble), corresponding to a scan with lower resolution over a larger area or one Scanning at a higher resolution over a smaller one area of interest, based on a previous one Scanning with lower resolution over the larger area.
  • object 108 eg a plant, an obstacle, crop, Crop edge or stubble
  • step S206 the optical transmission element 106 focuses the defined radiation pattern on an object 108.
  • a Transfer lens focused, for example, as an optical Transmission element 106, the defined radiation pattern.
  • an optical receiving element 110 equipped, electromagnetic radiation which reflects from the object 108 was when the object 108 of sufficient physical size and Reflectivity is.
  • electromagnetic radiation eg Light beam
  • a recipient lens receives as optical receiving element 110 electromagnetic radiation, which has been reflected by the object 108 and focuses the received electromagnetic radiation to a detector 112nd
  • the electromagnetic radiation filtered or applied to a filter before being applied to the filter Detector 112 hits to receive certain frequencies of the received reject or transmit electromagnetic radiation. Filtering can be used to detect the presence of Prove objects with certain colors.
  • the detector 112 detects the reception reflected, received electromagnetic radiation.
  • the electromagnetic radiation may have been reflected off the object be.
  • the detector 112 may be, for example, a charge-coupled Component (CCD), a cadmium sulfide sensor, a CMOS sensor or be another sensor that emits an electrical signal when electromagnetic energy, such as light, on the detector 112 falls.
  • the emitted electrical signal can be used to determine an arrival or receipt time with a identifiable pulse is connected.
  • the timer 118 may be a Arrival or reception time recorded with the reception an identifiable pulse or a modulated signal Electromagnetic radiation is connected.
  • the transmission time and receive time of the identifiable pulse or modulated Signal can be related to each other (relative) or one Reference time frame (absolute) can be measured.
  • step 212 the data processor 116 sets a elapsed time fixed between a sending time of the electromagnetic Radiation on the object 108 and a reception time of the reception the electromagnetic radiation from the object 108 has elapsed.
  • the data processor 116 or a converter sets 114 the elapsed time in a distance between the object 108 and the reference point.
  • the distance between the object 108 and the reference point can be used as input of a guidance system a work vehicle are used.
  • Work vehicles can use agricultural machinery Combine harvesters, forage harvesters and tractors, construction machinery, Forestry machines, such as harvesters and forwarders, and lawn care equipment like mowers, and all-terrain utility vehicles.
  • FIG. 3 shows another embodiment of a Rangefinder.
  • the rangefinder 101 of Figure 3 is similar to the rangefinder of Figure 1, but has the Rangefinder 101 of Figure 3, a transmission filter 120 and a Receive filter 122 on. Similar reference numerals in the figures 1 and 3 indicate similar elements.
  • the optical rangefinder 101 of Figure 3 comprises a outgoing optical path 105 and an incoming optical Path 107.
  • the outgoing optical path 105 is connected to a electromagnetic signal (eg a pulse or a Pulse train) in relationship, the distance from the 101 on a Object 108 is sent while the incoming optical path 107 with the reflected electromagnetic signal coming from the Distance meter 101 is received, is related.
  • a electromagnetic signal eg a pulse or a Pulse train
  • the distance from the 101 on a Object 108 is sent while the incoming optical path 107 with the reflected electromagnetic signal coming from the Distance meter 101 is received, is related.
  • the outgoing optical path 105 includes a source 100 for electromagnetic energy, a focusing optical element 102, a transmit filter 120, a micromirror array 104, and a optical transmission element 106.
  • the incoming optical path 107 includes an optical receiving element 110, a receiving filter 122 and a detector 112.
  • the transmit filter 120 includes a Intensity filter.
  • the intensity filter can by a Liquid crystal display or a rotatable disc with realized different selectable permeability levels become.
  • the transmission filter 120 may be the outgoing attenuate electromagnetic radiation to the eyes safe output levels of the outgoing optical path 105th to receive emitted electromagnetic radiation.
  • the Intensity filter can be that of the source 100 electromagnetic Attenuate energy emitted radiation to the maximum distance from which a returning signal has been detected can be.
  • the intensity filter can be used accordingly be to objects 108 outside of a particular filter out the area of interest.
  • the transmission filter 120 can also be between the Micro-mirror assembly 104 and the optical transmission element 106 are arranged; in the position shown is the Micro-mirror assembly 104, however, before the additional heat of the full electromagnetic radiation protected by the Source 100 is generated.
  • the transmit filter 120 is one Frequency-selective filter on which a certain frequency transmits or rejects electromagnetic radiation.
  • the transmit filter 120 may be configured to be green, to lock red or blue light or other colors or pass.
  • the amplitude of the reflected signals may be the data processor 116 estimate an approximate color of an object 108.
  • FIG. 4 is a flowchart of a method for Determine if a scan is high or low Resolution should be used.
  • the method of Figure 4 can for performing step S204 of FIG. 2.
  • the method of FIG. 4 begins in step S400.
  • step S400 a larger area of interest is included sampled at a lower resolution to obtain first sample data win.
  • the first sample data can be background data, Include foreground data or both.
  • the data processor 116 could not be sufficient on the basis of the first sampling data Information to complete in the first scan data distinguish between background data and foreground data.
  • a foreground object is placed in front of a background object and closer to the rangefinder (eg 99 or 101).
  • the first sample data is a local area of interest detected.
  • the first sample data may be one or more Objects (eg 108) or potential objects in several Identify distances in a global scan area. Around to ensure the presence and position of the objects or check the size (eg width) of the dispatched Beam reduced to a smaller beam size.
  • the local represents area of interest one or more areas in which possibly foreground objects were detected.
  • the directed attention of this invention particularly well suited for the forest area, where trees as Background objects through the bushes in the foreground too can be detected.
  • the shrubbery in the foreground can through one or more objects are represented in the foreground.
  • the local region of interest may be part of the Background object or a discontinuity area between represent one or more background objects.
  • a Discontinuity can be a larger change in the amplitude of the received electromagnetic radiation or reflection represent.
  • the discontinuity may be a change in the Amplitude for a particular frequency (eg green light) or a frequency band of the received electromagnetic radiation represent.
  • a global represents region of interest a crop edge and a discontinuity therein a local area of interest. The crop edge can reflect a first light frequency while the discontinuity the first light frequency is not reflected or a second one Reflected light frequency, which differs from the first light frequency different.
  • a local area of interest with a sampled higher resolution level to provide second sample data received (eg foreground data).
  • the data processor 116 or For example, the beam control 117 may attract attention of the beam over a higher resolution scan with a narrower beam size (eg over a local one of interest Area) based on the return signal from one another beam pulse or a modulated signal of the first Scanning.
  • the second supports Sampling or the higher resolution sampling the distinction of background objects from Foreground objects of smaller physical size than the sample with smaller resolution.
  • the higher one supports Resolution the distinction of objects due to the higher Resolution.
  • Step S404 may be done in a variety of different ways be performed.
  • the beam control 117 automatically by selective activation of the micromirror arrangement 104 reduce the beam size to the electromagnetic beam from the rangefinder 101 over a global interest Area or, at the higher resolution, a local one of interest Focus area.
  • the micromirror arrangement 104 supports a freely accessible scan and a size setting of the from the rangefinder (eg 99 or 101) emitted beam during the flight or the trip.
  • the resolution adjustment first, a whole global region with smaller ones Resolution and second, a local region of interest to sample larger resolution. No mechanical lens adjustment and no alignment of the rotating mirrors over one complete range of motion as in the prior art required.
  • the first sample data becomes the second Scanned data integrated to a two- or three-dimensional map provide the larger area of interest and the Identification of at least one object, landmark or a guide feature.
  • the two or Three-dimensional map can be used to build a trail plan for one Vehicle (eg an autonomous or unmanned vehicle) be used.
  • the decision as to whether or not a narrower beam is used higher resolution or a larger beam with less Resolution should be used, depending on whether the larger one Resolution provides any additional information. If the narrower beam would always be used, the amount would be collected data. The with the data processor 116th Connected data processing and storage capacity would be to Support to configure the amount of collected data. The time to collect data from the global interested Range would also increase as the data collected probably also to other areas outside the local would belong to the area of interest.
  • FIG. 5 shows a representation of data of a first one While Figure 6 is an illustration of data represents a second scan.
  • the first sample data can Image data in a rectangular area (eg 22.86 cm by 22.86 cm in the real world), expressed in columns and Lines.
  • the first sample data can be replaced by a larger one Beam size (eg 7.62 cm by 7.62 cm), while the second sample data is a smaller beam size (eg 2.54 by 2.54 cm).
  • the first sample data includes a large one Background object and one or more small foreground objects within a global region of interest.
  • the great Background object may be a tree stump while the Foreground objects include one or more leaves.
  • the rectangular region of the first sample data from FIG. 5 can be found in FIG a grid or cell array with elements passing through Line and column coordinates are identified, split become. As shown, there are nine rows and nine columns, although in practice any numbers of rows and columns could be present. It is believed that there are leaves (L) with the following coordinates and distances: (Column two, line two) at about 6 meters from the rangefinder; (Column four, row four) at about 6.09 m from the rangefinder, that contains the stump, and (column seven, row seven) about 6.18 m from the rangefinder. There is also a Tree stump (T) in columns four to six at about 6.3 m from Rangefinder. Each of the sheets shown in FIG Tree stumps is of sufficient physical size and size Reflectivity to provide a sufficient return signal in the To create rangefinder and the presence of a To point to an object.
  • the data processor becomes 116 or the beam control 117 of the rangefinder 99 or 101 initially to a large beam size (eg, a rectangular Beam with 22.86 cm edge length) or one operating mode smaller Resolution for a region of general interest in the distance from about 6 to 6.3 m from the rangefinder.
  • a large beam size eg, a rectangular Beam with 22.86 cm edge length
  • the rangefinder can first return of one sheet at line 2, column 2 at about 6 m notice and the last return from the tree stump at about 6.3m or both.
  • the smaller foreground objects in front of the Tree stump could not be detected by the rangefinder become.
  • the rangefinder might not be able to be between the small foreground object and the Differentiate background object.
  • Figure 6 illustrates a case in which the background object or a portion thereof is identified within a local field of interest.
  • the local field of interest of Figure 6 represents a box or a row-column combination in Figure 6.
  • the range finder can be set to a smaller beamwidth (eg 2.54 by 2.54 cm 2 rectangular) with a higher resolution to obtain the second scan data in the local field of interest.
  • the return signal is resolved on a time-of-flight basis so that within the smaller beamwidth or higher resolution objects are detected which are about 6m from the range finder, 6.09m from the rangefinder, 6.18m from the rangefinder and 6.3m from the rangefinder , Sheets are identified in column one, row one, column two, row two and column three, row three.
  • the stump is detected in column 2, lines one through three inclusive.
  • FIG. 7 shows another embodiment of a Rangefinder 199.
  • the rangefinder 199 of Figure 7 is similar to the range finder 99 of Figure 1, but includes the rangefinder 199 of Figure 7 further an optical Camera 171.
  • the optical camera 171 can be used to Identify regions of the same color, the surfaces at given distances.
  • a color camera can output a color signal that is a red component, a Green component and a blue component
  • the Color camera in an alternative embodiment a Near infrared component or a near infrared signal instead of the or in addition to the red, green and blue component provide.
  • the color signal may have an intensity value of Picture elements or groups of picture elements for each associated one Red component, green component and blue component for the provide scanned area.
  • the leaves are green, the stump is assumed brown and the sky blue in the background. If the optical Camera 171 and the laser beam would be calibrated and coordinated, would the processing of the camera image by the data processor 119 two blue regions on each side of the stump, three green regions where the leaves were and the brown region where the tree stump is located.
  • the Regions identified in the camera image could be the first Estimates are used for where the multiple distances to analyze in the larger rectangular beam width.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Entfernungsmesser (99, 101, 199) zur Messung der Entfernung zwischen dem Entfernungsmesser (99, 101, 199) und einem Objekt (108), mit einer Quelle (100) zum Erzeugen eines Strahls elektromagnetischer Energie, einem fokussierenden optischen Element (102) zur Fokussierung oder Kollimation des Strahls in ein Muster, einer Mikrospiegelanordnung (104), die das Muster vom fokussierenden optischen Element (102) empfängt und ein steuerbares Strahlungsmuster abgibt, einem Datenprozessor (116) zur Auswahl eines Auflösungsniveaus des steuerbaren Strahlungsmusters basierend auf einer vorhergehenden Abtastung mit geringerer Auflösung über eine größere Fläche, und einem optischen Übertragungselement (106) zur Fokussierung des steuerbaren Strahlungsmusters auf ein Objekt (108) zur Abschätzung der Entfernung zwischen dem Objekt (108) und dem Entfernungsmesser (99, 101, 199).

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Entfernungsmesser und ein Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen einem Objekt und einem Referenzpunkt.
Ein Entfernungsmesser ist ein Instrument oder Gerät, das zur Bestimmung der Entfernung eines Objekts von einem Bezugspunkt verwendet wird. Im Stand der Technik verwendet ein Laser-Entfernungsmesser einen rotierenden Spiegelzusammenbau, um die Richtung eines vom Laser-Entfernungsmesser abgesandten Strahls vorzugeben. Er kann einen mechanisch angesteuerten Spiegel aufweisen, der einen bestimmten, erforderlichen Bewegungsbereich überstreicht, um eine gewünschte Einstellung oder Winkelposition zu erreichen. Da derartige mechanische Scanner einen bestimmten Bewegungsbereich überstreichen müssen, um eine gewünschte Bewegung des Laser- oder Lichtstrahls zu erreichen, ist die tatsächliche Antwortzeit des mechanischen Scanners größer als für bestimmte Anwendungen wünschenswert wäre, z. B. für die Fahrzeuglenkung. Um die Abtastrate des mechanischen Scanners zu vergrößern, kann das Licht einer Laserquelle von einem mehrseitigen drehenden Spiegel oder Prisma reflektiert werden, um einen breiteren Winkelbereich des Bildfelds der Laserquelle über eine Fläche zu erzeugen. Die rotierende Spiegelanordnung ist jedoch kostenaufwändig herzustellen und für mechanische Fehler empfindlich, wie Stöße oder Vibrationen, die Risse im Spiegel verursachen oder seine Ausrichtung verändern.
Wenn der Laser-Entfernungsmesser in einer landwirtschaftlichen Umgebung Staub oder anderen Feststoffpartikeln ausgesetzt ist, kann der Bewegungsbereich des Laser-Entfernungsmessers begrenzt und dadurch die Leistung vermindert werden. Vibrationen des Laser-Entfernungsmessers können zu mechanischem Versagen einer oder mehrerer Verbindungen im drehenden Spiegelzusammenbau führen. Außerdem sind die mechanischen Komponenten eines drehenden Spiegelzusammenbaus durch Fertigungsbeschränkungen und Kosten auf eine praktische Minimalgröße begrenzt. Die Größe eines rotierenden Spiegelzusammenbaus kann zu groß sein, um in einer gewünschten Gehäusegröße des Laser-Entfernungsmessers aufgenommen zu werden.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, einen Laser-Entfernungsmesser bereitzustellen, der eine oder mehrere folgender Eigenschaften aufweist: schnelle oder Echtzeitantwort, die zur dynamischen Fahrzeugkontrolle geeignet ist, ein kompaktes Gehäuse, Widerstandsfähigkeit gegenüber Staub und anderen Feststoffpartikeln, und Zuverlässigkeit trotz einwirkender Vibrationen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
Der optische Entfernungsmesser zur Bestimmung der Entfernung zu einem Objekt umfasst eine optische Quelle elektromagnetischer Strahlung. Ein fokussierendes optisches Element fokussiert oder kollimiert die elektromagnetische Strahlung auf eine Mikrospiegelanordnung oder -reihe. Ein Datenprozessor steuert die Mikrospiegelanordnung derart an, dass sie die fokussierte elektromagnetische Strahlung in eine definierte Richtung oder in einem definierten Strahlungsmuster abgibt. Eine Strahlverstellung legt die Strahlgröße (z. B. Breite) des abgegebenen Strahls in einer interessierenden Raumregion fest, um ein gewünschtes Auflösungsniveau für diesen Raumbereich bereitzustellen. Ein optisches Übertragungselement fokussiert oder kollimiert den definierten Strahl auf ein Objekt. Ein optisches Empfangselement empfängt vom Objekt oder innerhalb eines interessierenden Felds reflektierte elektromagnetische Strahlung. Ein Detektor weist den Empfang reflektierter elektromagnetischer Strahlung nach. Ein Timer misst die Zeit, die zwischen dem Absenden der elektromagnetischen Strahlung zum Objekt und dem Empfang der elektromagnetischen Strahlung von irgendeinem Objekt innerhalb des Sichtbereichs, das hinreichend reflektierend und von geeigneter minimaler Größe ist, um einen Rücklauf elektromagnetischer Strahlung hinreichender Stärke zu erzeugen, vergangen ist. Ein Datenprozessor rechnet die vergangene Zeit in eine Entfernung zwischen dem Objekt und einem Referenzpunkt um.
Dabei wird zunächst ein größerer Bereich mit kleinerer Auflösung abgetastet. Anhand dieser ersten Abtastdaten werden eventuell vorhandene, interessierende kleinere Bereiche identifiziert, die anschließend mit höherer Auflösung abgetastet werden.
In den Zeichnungen sind drei nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines optischen Entfernungsmessers zur Abschätzung oder Bestimmung einer Entfernung zwischen einem Objekt und einem Referenzpunkt,
Fig. 2
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Entfernung oder eines Entfernungsbereichs eines Objekts von einem Referenzpunkt,
Fig. 3
ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines optischen Entfernungsmessers zur Abschätzung oder Bestimmung einer Entfernung von einem Objekt zu einem Referenzpunkt,
Fig. 4
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Einstellung der Strahlgröße eines definierten Strahlungsmusters zur Vergrößerung der Auflösung des optischen Entfernungsmessers,
Fig. 5
ein Beispiel eines ersten Bildmusters, das von einem Entfernungsmesser detektiert wird,
Fig. 6
ein Beispiel eines zweiten Bildmusters, das von einem Entfernungsmesser detektiert wird, und
Fig. 7
eine weitere Ausführungsform eines optischen Entfernungsmessers.
Die Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm eines optischen Entfernungsmessers 99 zur Bestimmung der Entfernung zwischen einem Objekt 108 und einem Referenzpunkt. Der Referenzpunkt kann mit Bezug auf den Entfernungsmesser 99 oder einen Teil davon definiert sein. Der optische Entfernungsmesser 99 umfasst einen abgehenden optischen Pfad 101 und einen einlaufenden optischen Pfad 103. Der abgehende optische Pfad 101 steht mit einem elektromagnetischen Signal (z. B. einem Impuls oder einem Impulszug) in Beziehung, der vom Entfernungsmesser 99 auf ein Objekt 108 abgesandt wird, während der einlaufende optische Pfad 103 mit dem reflektierten elektromagnetischen Signal, das vom Entfernungsmesser 99 empfangen wird, in Beziehung steht. Der abgehende optische Pfad 101 umfasst eine Quelle 100 für elektromagnetische Energie, ein fokussierendes optisches Element 102, eine Mikrospiegelanordnung 104 und ein optisches Übertragungselement 106. Der einlaufende optische Pfad 103 umfasst ein optisches Empfangselement 110 und einen Detektor 112.
Der optische Entfernungsmesser 99 umfasst die Quelle 100 für elektromagnetische Energie (z. B. einen Laser), der elektromagnetische Energie auf das fokussierende optische Element 102 (z. B. eine Linse) abgibt. Die elektromagnetische Strahlung kann ein Infrarotstrahl, Nahinfrarot, Ultraviolett, rotes Licht, ein Strahl im sichtbaren Spektrum oder ein anderer Lichtstrahl sein.
Das fokussierende optische Element 102 fokussiert oder kollimiert die elektromagnetische Strahlung auf die Mikrospiegelanordnung 104. Das fokussierende optische Element 102 kann den Strahl aufweiten oder in einen parallelen Strahl formen. Ein Datenprozessor 116 steuert die Mikrospiegelanordnung 104, um die fokussierte elektromagnetische Strahlung (z. B. einen linearen Strahl) in eine definierte Richtung oder ein definiertes Strahlungsmuster zu leiten. Das optische Übertragungselement 106 fokussiert das definierte Strahlungsmuster auf das Objekt 108.
Das optische Empfangselement 110 ist angeordnet, elektromagnetische Strahlung zu empfangen, die vom Objekt 108 reflektiert wurde. Der Detektor 112 weist den Empfang von reflektierter elektromagnetischer Strahlung nach. Der Empfang des reflektierten Strahlungsmusters wird mit einer Empfangszeit verknüpft. Der Detektor 112 erzeugt beispielsweise ein Signal, das zur Intensität der empfangenen Strahlreflexion proportional ist. Ein Timer 118 stellt die Zeit fest, die zwischen einer Absendezeit einer Absendung der elektromagnetischen Strahlung (z. B. einem identifizierbaren oder nachverfolgbaren Impuls) zum Objekt 108 und einer Empfangszeit des Empfangs der elektromagnetischen Strahlung (z. B. einem identifizierbaren oder nachverfolgbaren Impuls) vom Objekt 108 verstrichen ist. Die Zeit, die zwischen dem Verlassen des Strahls vom Entfernungsmesser 99 und seiner Rückkehr zum Entfernungsmesser 99 verstrichen ist, wird zur Bestimmung der Entfernung zwischen dem Entfernungsmesser 99 und dem Objekt 108 verwendet. Der Datenprozessor 116 konvertiert die verstrichene Zeit in eine Entfernung zwischen dem Objekt 108 und einem Referenzpunkt, z. B. dem Entfernungsmesser 99. Wenn der Strahl mehrere Rückläufe generiert, indem er mehrere Objekte trifft, kann die vergangene Zeit als Ankunft des ersten Rücklaufs, des letzten Rücklaufs, des stärksten Rücklaufs, einem Durchschnitt oder Medianwert mehrerer Rückläufe, einem Modus mehrerer Rückläufe oder konsistent mit einem geeigneten, zuverlässigen Propagationsmodell oder anderen statistischen Modell gewertet werden. Die Entfernung (D) zum Objekt 108 oder einem anderen Reflexionspunkt in Metern entspricht der verstrichenen Zeit in Sekunden, geteilt durch 2 und multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit (c) in m/s. Das bedeutet, D = Tc/2.
In einer Ausführungsform überträgt die Quelle 100 elektromagnetischer Energie einen oder mehrere Impulse (z. B. einen identifizierbaren oder nachverfolgbaren Impuls) elektromagnetischer Strahlung und der Timer 118 registriert die Übertragungszeit. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Quelle 100 verschiedene Frequenzen oder Frequenzbereiche sichtbaren Lichts übertragen, um die Bestimmung der Farbe des Objekts 108 basierend auf dem Vorhandensein oder Fehlen reflektierter elektromagnetischer Energie in Bezug zur abgesandten Frequenz des Entfernungsmessers 99 zu erleichtern. In noch einer anderen Ausführungsform weist die Quelle 100 einen Laser mit einer Ausgangsleistung auf, die als sicher angesehen wird, um Menschen mit ihr zu beaufschlagen, entsprechend anwendbarer technischer oder gesetzgeberischer Standards (z. B. US und internationalen Standards, Bundeskommunikationskommissionsregeln oder -gesetzen).
Bei einer Ausführungsform umfasst die Mikrospiegelanordnung 104 ein mikromechanisches Gerät, das die Ausgabe einer frei auswählbaren Strahlposition oder Strahlausrichtung und eine variable Strahlgröße unterstützt. Eine Mikrospiegelanordnung 104 kann beispielsweise ein mikro-elektromechanisches System, ein nachgiebiges mikro-elektromechanisches System oder ein anderes Gerät umfassen.
Die Mikrospiegelanordnung 104 umfasst Reihen reflektierender Elemente (z. B. Spiegel), die mit einem Substrat (z. B. einem Halbleitersubstrat) verbunden sind. Reflektierende Elemente können einzeln, gemeinsam, nacheinander oder in einer Kombination daraus mit Energie beaufschlagt werden, um eine gewünschte Fläche abzutasten (z. B. ein Sichtfeld). Jedes reflektierende Element kann über eine oder mehrere kapazitive Platten oder leitfähige Elemente beaufschlagt werden, um das reflektierende Element zu verformen und dadurch das reflektierende Element zu bewegen, die elektromagnetische Strahlung (z. B. Lichtstrahl) zu leiten. Mehr als ein reflektierendes Element kann die elektromagnetische Strahlung (z. B. den Lichtstrahl) gleichzeitig leiten, was einen größeren Strahl zur Folge hat, als wenn nur ein einzelnes reflektierendes Element die elektromagnetische Strahlung (z. B. Lichtstrahl) reflektiert.
Eine Strahlsteuerung 117 steuert die Mikrospiegelanordnung 104, um ein gesteuertes Strahlungsmuster zu erhalten. Das gesteuerte Strahlungsmuster kann eines der Folgenden sein: ein erstes Muster zum Abtasten eines Gesichtsfelds, ein zweites Muster zum Abdecken einer Probe des Gesichtsfelds, und ein drittes Muster zum Abdecken einer untergeordneten (kleineren) Fläche des Gesichtsfelds. Die Strahlsteuerung 117 legt eine Strahlbreite oder Strahlgröße des definierten Strahlungsmusters fest. Die Größe des ausgegebenen Strahls, seine Intensität oder beide können somit dynamisch abgestimmt werden, um eine interessierende Fläche abzutasten (z. B. eine globale interessierende Fläche oder eine lokale interessierende Fläche). Außerdem kann der Entfernungsmesser 99 eine Feinabstimmung eines Abtastwegs (z. B. eine Abtastlinie) oder einen Abtastweg mit größerer Auflösung bereitstellen, indem einige der aktiven reflektierenden Elemente, die den Strahl führen, gewechselt werden. Die Strahlsteuerung 117 kann den Strahl dynamisch anpassen, ohne Einschränkung durch die Drehgeschwindigkeit eines mehrseitigen mechanischen Spiegels der bekannten Systeme.
Bei einer Ausführungsform werden Elastomere zwischen dem reflektierenden Element und dem Substrat der Mikrospiegelanordnung 104 eingefügt, um die Antwortzeit zwischen einer Verformung und der Ruheposition zu verkürzen, nachdem das Element nicht mehr mit Energie beaufschlagt wird. Das mit dem reflektierenden Element verbundene Elastomer kann verwendet werden, um den Bewegungsbereich der reflektierenden Elemente zu vergrößern, was wiederum den Abtastwinkelbereich vergrößert. Das mit dem reflektierenden Element verbundene Elastomer kann die Energie oder Spannung verringern, die zur Steuerung der Mikrospiegelanordnung 104 benötigt wird. Mikrospiegelanordnungen 104 können durch Halbleiter- und integrierte Schaltkreisherstellungsverfahren hergestellt werden. Einzelheiten von Mikrospiegelanordnungen 104 können aus einem oder mehreren der Folgenden hergestellt sein: Silizium, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Aluminium, Silber und Nickel.
Die Neigung oder Bewegung der reflektierenden Elemente wird durch elektrostatische Ladungen gesteuert, die an Elektroden angelegt werden. Halbleiterschalter, wie komplementäre Metalloxidsiliziumtransistoren (CMOS), können verwendet werden, um die Position der reflektierenden Elemente durch elektrostatische Ablenkung zu steuern und die Position der reflektierenden Elemente durch kapazitives Abfühlen zu erfassen. Das kapazitive Abfühlen der Position der reflektierenden Elemente ermöglicht eine Rückkopplung zur Feinabstimmung der bevorzugten Ausrichtung der reflektierenden Elemente und der zum Erreichen einer derartigen Ausrichtung erforderlichen elektrischen Energie. Die Strahlsteuerung 117 kann Eingaben von einer kapazitiven Abfühlung annehmen und Halbleiterschalter oder einen Treiber aktivieren, um die an die Elektroden angelegten elektrostatischen Ladungen zu steuern.
Die Mikrospiegelanordnung 104 unterstützt eine Aktivierung von unterschiedlichen reflektierenden Elementen in virtuell jeder Reihenfolge (d. h. einer frei wählbaren Reihenfolge), um eine gewünschte Position der reflektierenden Elemente zu erreichen, anstelle eine bestimmte Bewegungsreihenfolge durchzulaufen, um eine gewünschte Position oder Winkelneigung eines Spiegels zu erreichen, wie es bei mechanischen Laser-Scannern erforderlich sein kann. Die Mikrospiegelanordnung 104 unterstützt daher einen dynamischen, freien Zugang zur Positionierung der Spiegel zur Erzeugung strukturierten Lichts. Die Mikrospiegelanordnung 104 kann Daten über eine interessierende Region oder Fläche hinsichtlich der Koordinaten, Intensität und Entfernung bereitstellen.
Ein Treiber kann zwischen der Strahlsteuerung 117 und der Mikrospiegelanordnung 104 angeordnet sein, um eine elektronische Schnittstelle zwischen der Strahlsteuerung 117 und der Mikrospiegelanordnung 104 bereitzustellen. Die Strahlsteuerung 117 kann ein Abtastmuster oder Beaufschlagungsmuster erstellen, um elektrische Energie an eines oder mehrere ausgewählte reflektierende Elemente der Mikrospiegelanordnung 104 abzugeben. Eine Mikrospiegelanordnung 104 kann beispielsweise derart angesteuert werden, dass es eine lineare Anordnung von Bildelementen oder anderen Mustern strukturierten Lichts projiziert. Der Treiber oder die Strahlsteuerung 117 können jedes nachfolgende Element der Mikrospiegelanordnung 104 aktivieren, noch bevor das Element aktuell benötigt wird, um die mit der Aktivierung und der Bewegung des Elements der Mikrospiegelanordnung 104 verbundene Verzögerung zu vermindern. Der zeitliche Versatz zwischen der Energiebeaufschlagung und der Aktivierung der nachfolgenden Elemente ist somit minimiert, was die Antwortzeit der Mikrospiegelanordnung reduziert. Die Mikrospiegelanordnung 104 stellt einen frei zugänglichen Zugang zur Spiegelpositionierung bereit, um fest strukturiertes Licht zu produzieren.
Die Strahlsteuerung 117 beaufschlagt die Mikrospiegelanordnung 104, um Impulse von Licht oder Strahlung bereitzustellen, wobei die Flugzeit von einem reflektierenden Hindernis oder anderen Objekt 108 gemessen wird. Die Mikrospiegelanordnung 104 unterstützt große Flexibilität und Effizienz bei der Bilddatensammlung. Beispielsweise sammelt ein erster Strahl mit einer kleineren Auflösung eine kleinere Menge an gerasterten Bilddatenpunkten (d. h. erste Abtastdaten) als ein zweiter Strahl mit einer größeren Auflösung. Die vom optischen Empfangselement 110 empfangene Reflexion des ersten Strahls kann genutzt werden, um zu identifizieren, wo Objekte 108 potentiellen Interesses liegen. Die vom optischen Empfangselement 110 empfangene Reflexion des zweiten Strahls mit höherer Abtastauflösung kann dann genutzt werden, um Daten höherer Dichte zu sammeln, die auf lokale interessierende Bereiche begrenzt sind. Es sind beträchtliche Verbesserungen der Effizienz der Datensammlung (z. B. Zeitersparnis) möglich, indem dem Abtastvorgang des ersten Strahls mit grober Auflösung ein zweiter Abtastvorgang hoher Auflösung mit dem zweiten Strahl folgt, anstelle einen Abtastvorgang der gesamten Szene mit hoher Auflösung durchzuführen und dann die voluminösen Daten von der Abtastung mit hoher Auflösung (z. B. der globalen interessierenden Fläche) zu verarbeiten, um Informationen über die interessierenden Flächen zu extrahieren. Bei einer Ausführungsform stellt die gesamte Szene eine Erntegutkante dar und die lokale interessierende Fläche stellt eine Lücke oder Unterbrechung in der Erntegutkante dar (z. B. durch verkrüppelten Pflanzenwuchs oder eine zuvor abgeerntete Fläche). Hier wird die lokale interessierende Fläche durch eine oder mehrere Diskontinuitäten in der Reflektivität der gesamten Szene oder Erntegutkante oder Diskontinuitäten bezüglich bestimmter Frequenzen abgestrahlten Lichts identifiziert.
Die Figur 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Feststellung einer Entfernung eines Objekts 108 von einem Bezugspunkt. Das Verfahren in Figur 2 beginnt mit dem Schritt S200.
Im Schritt 200 strahlt eine Quelle 100 für elektromagnetische Energie elektromagnetische Strahlung (z. B. einen Lichtstrahl). Ein Timer 118 kann den mit der Absendung eines identifizierbaren Impulses elektromagnetischer Strahlung vom Entfernungsmesser 99 verbundenen Zeitpunkt aufzeichnen.
Im Schritt S202 fokussiert ein fokussierendes optisches Element 102 die elektromagnetische Strahlung auf eine Mikrospiegelanordnung 104. In einem Beispiel kann eine Linse als fokussierendes optisches Element 102 die elektromagnetische Strahlung auf die Mikrospiegelanordnung 104 fokussieren. Bei einem anderen Beispiel fokussiert ein Beugungsgitter als fokussierendes optisches Element 102 die elektromagnetische Energie auf die Mikrospiegelanordnung 104.
Im Schritt S204 leitet die Mikrospiegelanordnung 104 die fokussierte elektromagnetische Strahlung in einer definierten Richtung oder einem definierten Strahlungsmuster auf ein Objekt 108 zu (z. B. eine Pflanze, ein Hindernis, Erntegut, Erntegutkante oder Stoppeln), entsprechend einem Abtastvorgang mit niedrigerer Auflösung über eine größere Fläche oder einem Abtastvorgang mit größerer Auflösung über eine kleinere interessierende Fläche, basierend auf einem vorherigen Abtastvorgang mit geringerer Auflösung über die größere Fläche.
Im Schritt S206 fokussiert das optische Übertragungselement 106 das definierte Strahlungsmuster auf ein Objekt 108. Eine Übertragungslinse fokussiert beispielsweise als optisches Übertragungselement 106 das definierte Strahlungsmuster.
Im Schritt 208 ist ein optisches Empfangselement 110 eingerichtet, elektromagnetische Strahlung (z. B. einen Lichtstrahl) zu empfangen, der von dem Objekt 108 reflektiert wurde, wenn das Objekt 108 von hinreichender physischer Größe und Reflektivität ist. Beispielsweise empfängt eine Empfängerlinse als optisches Empfangselement 110 elektromagnetische Strahlung, die vom Objekt 108 reflektiert wurde und fokussiert die empfangene elektromagnetische Strahlung auf einen Detektor 112. In einer Ausführungsform kann die elektromagnetische Strahlung gefiltert oder auf ein Filter angewandt werden, bevor sie auf den Detektor 112 trifft, um bestimmte Frequenzen der empfangenen elektromagnetischen Strahlung zurückzuweisen oder durchzulassen. Eine Filterung kann genutzt werden, um das Vorhandensein von Objekten mit bestimmten Farben nachzuweisen.
Im Schritt S210 detektiert der Detektor 112 den Empfang reflektierter, empfangener elektromagnetischer Strahlung. Die elektromagnetische Strahlung kann vom Objekt reflektiert worden sein. Der Detektor 112 kann beispielsweise ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD), ein Cadmiumsulfidsensor, ein CMOS-Sensor oder ein anderer Sensor sein, der ein elektrisches Signal abgibt, wenn elektromagnetische Energie, wie Licht, auf den Detektor 112 fällt. Das abgegebene elektrische Signal kann verwendet werden, um eine Ankunfts- oder Empfangszeit festzustellen, die mit einem identifizierbaren Impuls verbunden ist. Der Timer 118 kann eine Ankunfts- oder Empfangszeit aufzeichnen, die mit dem Empfang eines identifizierbaren Impulses oder eines modulierten Signals elektromagnetischer Strahlung verbunden ist. Die Übertragungszeit und Empfangszeit des identifizierbaren Impulses oder modulierten Signals kann mit Bezug aufeinander (relativ) oder einem Referenzzeitrahmen (absolut) gemessen werden.
Im Schritt 212 stellt der Datenprozessor 116 eine vergangene Zeit fest, die zwischen einer Absendezeit der elektromagnetischen Strahlung auf das Objekt 108 und einer Empfangszeit des Empfangs der elektromagnetischen Strahlung vom Objekt 108 verstrichen ist.
Im Schritt 214 setzt der Datenprozessor 116 oder ein Konverter 114 die vergangene Zeit in eine Entfernung zwischen dem Objekt 108 und dem Referenzpunkt um. Die Entfernung zwischen dem Objekt 108 und dem Referenzpunkt kann als Eingabe eines Führungssystems eines Arbeitsfahrzeugs verwendet werden. Derartige Arbeitsfahrzeuge können landwirtschaftliche Maschinen wie Mähdrescher, Feldhäcksler und Traktoren, Baumaschinen, Forstmaschinen, wie Ernter und Forwarder, und Rasenpflegegeräte wie Mäher, und geländegängige Nutzfahrzeuge sein. Die Entfernung kann nach folgender Gleichung berechnet werden: D=Tc/2, wobei D die Entfernung zum Objekt in Metern, T die verstrichene Zeit und c die Lichtgeschwindigkeit ist.
Die Figur 3 zeigt eine andere Ausführungsform eines Entfernungsmessers. Der Entfernungsmesser 101 nach Figur 3 ist dem Entfernungsmesser aus Figur 1 ähnlich, jedoch weist der Entfernungsmesser 101 aus Figur 3 ein Sendefilter 120 und ein Empfangsfilter 122 auf. Gleichartige Bezugszeichen in den Figuren 1 und 3 weisen auf gleichartige Elemente hin.
Der optische Entfernungsmesser 101 aus Figur 3 umfasst einen abgehenden optischen Pfad 105 und einen einlaufenden optischen Pfad 107. Der abgehende optische Pfad 105 steht mit einem elektromagnetischen Signal (z. B. einem Impuls oder einem Impulszug) in Beziehung, der vom Entfernungsmesser 101 auf ein Objekt 108 abgesandt wird, während der einlaufende optische Pfad 107 mit dem reflektierten elektromagnetischen Signal, das vom Entfernungsmesser 101 empfangen wird, in Beziehung steht. Der abgehende optische Pfad 105 umfasst eine Quelle 100 für elektromagnetische Energie, ein fokussierendes optisches Element 102, ein Sendefilter 120, eine Mikrospiegelanordnung 104 und ein optisches Übertragungselement 106. Der einlaufende optische Pfad 107 umfasst ein optisches Empfangselement 110, ein Empfangsfilter 122 und einen Detektor 112.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Sendefilter 120 ein Intensitätsfilter. Das Intensitätsfilter kann durch eine Flüssigkristallanzeige oder eine drehbare Scheibe mit unterschiedlichen auswählbaren Durchlässigkeitsniveaus realisiert werden. Das Sendefilter 120 kann die ausgehende elektromagnetische Strahlung abschwächen, um für die Augen sichere Ausgangspegel der vom abgehenden optischen Pfad 105 abgesandten elektromagnetischen Strahlung zu erhalten. Das Intensitätsfilter kann die von der Quelle 100 elektromagnetischer Energie abgegebene Strahlung abschwächen, um die maximale Distanz zu begrenzen, aus der ein rücklaufendes Signal nachgewiesen werden kann. Das Intensitätsfilter kann entsprechend verwendet werden, um Objekte 108 außerhalb eines bestimmten interessierenden Bereichs auszufiltern. Es würde auch erlauben, die Abtastrate zu vergrößern, da die Zeit für jeden aufgenommenen Datenpunkt auf die maximale mittlere Gesamtlaufzeit zum weitest entfernten Objekt 108 begrenzt ist, das einen Rücklauf erzeugen kann. Das Sendefilter 120 kann auch zwischen der Mikrospiegelanordnung 104 und dem optischen Übertragungselement 106 angeordnet werden; in der dargestellten Position ist die Mikrospiegelanordnung 104 jedoch vor der zusätzlichen Hitze von der vollen elektromagnetischen Strahlung geschützt, die von der Quelle 100 erzeugt wird.
Bei einer anderen Ausführungsform weist das Sendefilter 120 ein frequenzselektives Filter auf, das eine bestimmte Frequenz elektromagnetischer Strahlung durchlässt oder zurückweist. Das Sendefilter 120 kann beispielsweise konfiguriert sein, grünes, rotes oder blaues Licht oder andere Farben zu sperren oder durchzulassen. Durch Austausch des Filters 120 mit einem anderen mit einer unterschiedlichen Frequenzantwort und einer Detektion der Amplitude der reflektierten Signale kann der Datenprozessor 116 eine ungefähre Farbe eines Objekts 108 abschätzen.
Die Figur 4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Feststellung, ob ein Abtastvorgang mit hoher oder niedriger Auflösung verwendet werden soll. Das Verfahren aus Figur 4 kann zur Ausführung des Schritts S204 aus Figur 2 angewandt werden. Das Verfahren aus Figur 4 beginnt im Schritt S400.
Im Schritt S400 wird eine größere interessierende Fläche mit einer kleineren Auflösung abgetastet, um erste Abtastdaten zu gewinnen. Die ersten Abtastdaten können Hintergrunddaten, Vordergrunddaten oder beide umfassen. Der Datenprozessor 116 könnte anhand der ersten Abtastdaten nicht hinreichende Informationen haben, um in den ersten Abtastdaten vollständig zwischen Hintergrunddaten und Vordergrunddaten zu unterscheiden. Ein Vordergrundobjekt ist vor einem Hintergrundobjekt angeordnet und näher am Entfernungsmesser (z. B. 99 oder 101).
Im Schritt S402 wird innerhalb der größeren Fläche basierend auf den ersten Abtastdaten eine lokale interessierende Fläche festgestellt. Die ersten Abtastdaten können ein oder mehrere Objekte (z. B. 108) oder potentielle Objekte in mehreren Entfernungen in einer globalen Abtastfläche identifizieren. Um das Vorhandensein und die Position der Objekte sicherzustellen oder zu überprüfen, wird die Größe (z. B. Breite) des abgesandten Strahls auf eine kleinere Strahlgröße vermindert.
Bei einer Ausführungsform repräsentiert der lokale interessierende Bereich eine oder mehrere Bereiche, in denen möglicherweise Vordergrundobjekte nachgewiesen wurden. Bei einem Beispiel ist die gerichtete Aufmerksamkeit dieser Erfindung besonders gut für den Waldbereich geeignet, wo Bäume als Hintergrundobjekte durch das Gebüsch im Vordergrund zu detektieren sein können. Das Gebüsch im Vordergrund kann durch eine oder mehrere Objekte im Vordergrund repräsentiert werden.
Falls kein Vordergrundobjekt vorhanden oder potentiell vorhanden ist, kann die lokale interessierende Region einen Teil des Hintergrundobjekts oder einen Diskontinuitätsbereich zwischen einem oder mehreren Hintergrundobjekten darstellen. Eine Diskontinuität kann eine größere Änderung in der Amplitude der empfangenen elektromagnetischen Strahlung oder Reflexion darstellen. Außerdem kann die Diskontinuität eine Änderung in der Amplitude für eine besondere Frequenz (z. B. grünem Licht) oder einem Frequenzband der empfangenen elektromagnetischen Strahlung darstellen. Beispielsweise repräsentiert eine globale interessierende Region eine Erntegutkante und eine Diskontinuität darin eine lokale interessierende Fläche. Die Erntegutkante kann eine erste Lichtfrequenz reflektieren, während die Diskontinuität die erste Lichtfrequenz nicht reflektiert oder eine zweite Lichtfrequenz reflektiert, die sich von der ersten Lichtfrequenz unterscheidet.
Im Schritt S404 wird eine lokale interessierende Fläche mit einem höheren Auflösungsniveau abgetastet, um zweite Abtastdaten zu erhalten (z. B. Vordergrunddaten). Der Datenprozessor 116 oder die Strahlsteuerung 117 kann beispielsweise die Aufmerksamkeit des Strahls über eine Abtastung mit höherer Auflösung mit einer engeren Strahlgröße (z. B. über eine lokale interessierende Fläche) bewegen, basierend auf dem Rücklaufsignal von einem weiteren Strahlimpuls oder einem modulierten Signal der ersten Abtastung. Falls es die Umgebung zulässt, unterstützt die zweite Abtastung oder die mit höherer Auflösung durchgeführte Abtastung die Unterscheidung von Hintergrundobjekten von Vordergrundobjekten kleinerer physischer Größe als die Abtastung mit kleinerer Auflösung. Außerdem unterstützt die höhere Auflösung die Unterscheidung von Objekten aufgrund der höheren Auflösung.
Der Schritt S404 kann in einer Vielzahl unterschiedlicher Arten durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Strahlsteuerung 117 selbsttätig durch selektive Ansteuerung der Mikrospiegelanordnung 104 die Strahlgröße vermindern, um den elektromagnetischen Strahl vom Entfernungsmesser 101 über eine globale interessierende Fläche oder bei der höheren Auflösung eine lokale interessierende Fläche zu fokussieren. Die Mikrospiegelanordnung 104 unterstützt eine frei zugängliche Abtastung und eine Größeneinstellung des vom Entfernungsmesser (z. B. 99 oder 101) abgegebenen Strahls während des Flugs oder der Fahrt. Die Auflösungsverstellung ermöglicht, zuerst eine ganze globale Region mit kleinerer Auflösung und zweitens eine lokale interessierende Region mit größerer Auflösung abzutasten. Keine mechanische Linsenanpassung und keine Ausrichtung der rotierenden Spiegel über einen kompletten Bewegungsbereich wie beim Stand der Technik ist erforderlich.
Im Schritt 406 werden die ersten Abtastdaten in die zweiten Abtastdaten integriert, um eine zwei- oder dreidimensionale Karte der größeren interessierenden Fläche bereitzustellen und die Identifikation zumindest eines Objekts, einer Landmarke oder eines Führungsmerkmals zu erleichtern. Die zwei- oder dreidimensionale Karte kann zum Aufbau eines Wegplans für ein Fahrzeug (z. B. ein autonomes oder unbemanntes Fahrzeug) verwendet werden.
In der Figur 4 kann die Entscheidung, ob ein engerer Strahl mit höherer Auflösung oder ein größerer Strahl mit geringerer Auflösung verwendet werden soll, davon abhängen, ob die größere Auflösung irgendwelche zusätzliche Information bereitstellt. Wenn der engere Strahl immer verwendet würde, würde die Menge der gesammelten Daten ansteigen. Die mit dem Datenprozessor 116 verbundene Datenverarbeitungs- und Speicherkapazität wäre zur Unterstützung der Menge der gesammelten Daten zu konfigurieren. Die Zeit zur Sammlung der Daten vom globalen interessierenden Bereich würde auch ansteigen, da die gesammelten Daten wahrscheinlich auch zu anderen Flächen außerhalb der lokalen interessierenden Fläche gehören würden.
Die Figur 5 stellt eine Darstellung von Daten einer ersten Abtastung dar, während die Figur 6 eine Darstellung von Daten einer zweiten Abtastung darstellt. Die ersten Abtastdaten können Bilddaten in einem rechteckigen Bereich (z. B. 22,86 cm mal 22,86 cm in der realen Welt) darstellen, ausgedrückt in Spalten und Zeilen. Die ersten Abtastdaten können durch eine größere Strahlgröße (z. B. 7,62 cm mal 7,62 cm) aufgenommen werden, während die zweiten Abtastdaten durch eine kleinere Strahlgröße (z. B. 2,54 mal 2,54 cm) aufgenommen werden. Wie in der Figur 5 dargestellt, enthalten die ersten Abtastdaten ein großes Hintergrundobjekt und ein oder mehrere kleine Vordergrundobjekte innerhalb einer globalen interessierenden Region. Das große Hintergrundobjekt kann ein Baumstumpf sein, während die Vordergrundobjekte eine oder mehrere Blätter umfassen.
Die rechteckige Region der ersten Abtastdaten aus Figur 5 kann in ein Gitter oder eine Zellenanordnung mit Elementen, die durch Zeilen- und Spaltenkoordinaten identifiziert werden, aufgeteilt werden. Wie dargestellt, gibt es neun Zeilen und neun Spalten, obwohl in der Praxis jegliche Anzahlen an Zeilen und Spalten vorhanden sein könnten. Es wird angenommen, dass es Blätter (L) mit jeweils folgenden Koordinaten und Entfernungen gibt: (Spalte zwei, Zeile zwei) bei etwa 6 Metern vom Entfernungsmesser; (Spalte vier, Zeile vier) bei etwa 6,09 m vom Entfernungsmesser, das den Baumstumpf enthält, und (Spalte sieben, Zeile sieben) bei etwa 6,18 m vom Entfernungsmesser. Außerdem befindet sich ein Baumstumpf (T) in den Spalten vier bis sechs bei etwa 6,3 m vom Entfernungsmesser. Jedes der in Figur 6 gezeigten Blätter oder Baumstümpfe ist von hinreichender physischer Größe und Reflektivität, um ein ausreichendes rücklaufendes Signal im Entfernungsmesser zu erzeugen und auf das Vorhandensein eines Objekts hinzuweisen.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Datenprozessor 116 oder die Strahlsteuerung 117 des Entfernungsmessers 99 oder 101 anfänglich auf eine große Strahlgröße (z. B. ein rechteckiger Strahl mit 22,86 cm Kantenlänge) oder eine Betriebsart kleiner Auflösung für eine allgemein interessierende Region im Abstand von etwa 6 bis 6,3 m vom Entfernungsmesser gestellt. In der Betriebsart kleinerer Auflösung kann der Entfernungsmesser einen ersten Rücklauf von einem Blatt bei Zeile 2, Spalte 2 bei etwa 6 m feststellen und den letzten Rücklauf vom Baumstumpf bei etwa 6,3 m oder beide. Die kleineren Vordergrundobjekte vor dem Baumstumpf könnten durch den Entfernungsmesser nicht erkannt werden. Außerdem könnte der Entfernungsmesser nicht in der Lage sein, zwischen dem kleinen Vordergrundobjekt und dem Hintergrundobjekt zu unterscheiden.
Die Figur 6 stellt einen Fall dar, in dem das Hintergrundobjekt oder ein Abschnitt davon innerhalb eines lokalen, interessierenden Felds identifiziert wird. Das lokale interessierende Feld der Figur 6 stellt ein Kästchen oder eine Zeilen-Spalten-Kombination in Figur 6 dar. Es gibt neun potentielle lokale interessierende Felder in Figur 6, die aus drei Zeilen und drei Spalten ausgewählt werden könnten, obwohl beliebige Anzahlen von Zeilen und Spalten verwendbar sind. Der Entfernungsmesser kann auf eine kleinere Strahlbreite (z. b. rechteckig mit 2,54 mal 2,54 cm2) mit einer höheren Auflösung eingestellt werden, um die zweiten Abtastdaten im lokalen interessierenden Feld zu erhalten. Das Rücklaufsignal wird auf einer Flugzeitbasis aufgelöst, so dass innerhalb der kleineren Strahlbreite oder höheren Auflösung Objekte detektiert werden, die sich etwa 6 m vom Entfernungsmesser, 6,09 m vom Entfernungsmesser, 6,18 m vom Entfernungsmesser und 6,3 m vom Entfernungsmesser befinden. Blätter werden in Spalte eins, Zeile eins, Spalte zwei, Zeile zwei und Spalte drei, Zeile drei identifiziert. Der Baumstumpf wird in Spalte 2, Zeilen eins bis drei einschließlich nachgewiesen.
Die Figur 7 stellt eine andere Ausführungsform eines Entfernungsmessers 199 dar. Der Entfernungsmesser 199 aus Figur 7 ist ähnlich dem Entfernungsmesser 99 der Figur 1, jedoch umfasst der Entfernungsmesser 199 aus Figur 7 weiterhin eine optische Kamera 171. Die optische Kamera 171 kann verwendet werden, um Regionen gleicher Farbe zu identifizieren, die Oberflächen bei gegebenen Entfernungen entsprechen können. Obwohl eine Farbkamera ein Farbsignal ausgeben kann, das eine Rotkomponente, eine Grünkomponente und eine Blaukomponente enthält, kann die Farbkamera in einer alternativen Ausführungsform eine Nahinfrarotkomponente oder ein Nahinfrarotsignal anstelle der oder zusätzlich zu der Rot-, Grün- und Blaukomponente bereitstellen. Das Farbsignal kann einen Intensitätswert der Bildelemente oder Gruppen von Bildelementen für jede zugehörige Rotkomponente, Grünkomponente und Blaukomponente für die abgetastete Fläche bereitstellen. Im oben genannten Beispiel kann angenommen werden, das die Blätter grün sind, der Baumstumpf braun und der Himmel im Hintergrund blau. Falls die optische Kamera 171 und der Laserstrahl kalibriert und koordiniert wären, würde die Verarbeitung des Kamerabilds durch den Datenprozessor 119 zwei blaue Regionen an jeder Seite des Baumstumpfs, drei grüne Regionen, an denen sich die Blätter befänden, und die braune Region, an der sich der Baumstumpf befindet, zeigen. Die im Kamerabild identifizierten Regionen könnten als erste Schätzwerte dafür verwendet werden, wo die mehreren Entfernungen in der größeren rechteckigen Strahlbreite zu analysieren wären.
Figurentexte
  • Fig. 1
    101
    Abgehender optischer Pfad
    100
    Quelle elektromagnetischer Energie (z. B. Laser)
    102
    fokussierendes optisches Element (z. B. Linse)
    103
    einlaufender optischer Pfad
    104
    Mikrospiegelanordnung
    106
    optisches Übertragungselement (z. B. Linse)
    108
    Objekt
    110
    optisches Empfangselement (z. B. Linse)
    112
    Detektor
    114
    Konverter
    116
    Datenprozessor
    117
    Strahlsteuerung
    118
    Timer
  • Fig. 2
  • S200 Strahle elektromagnetische Strahlung aus.
  • S202 Fokussiere die elektromagnetische Strahlung auf eine Mikrospiegelanordnung.
  • S204 Richte die fokussierte elektromagnetische Strahlung oder ein definiertes Strahlungsmuster von der Mikrospiegelanordnung in eine definierte Richtung, entsprechend einer Abtastung mit niedrigerer Auflösung über eine größere Fläche oder einer Abtastung mit höherer Auflösung über eine kleinere interessierende Fläche, basierend auf einer vorhergehenden Abtastung mit kleinerer Auflösung über die größere Fläche.
  • S206 Fokussiere das definierte Strahlungsmuster auf ein Objekt.
  • S208 Empfange vom Objekt reflektierte elektromagnetische Strahlung.
  • S210 Detektiere den Empfang der reflektierten elektromagnetischen Strahlung.
  • S212 Stelle eine zwischen der Abstrahlung der elektromagnetischen Strahlung auf das Objekt und Empfang der elektromagnetischen Strahlung vom Objekt verstrichene Zeit fest.
  • S214 Setze die verstrichene Zeit in eine Entfernung zwischen dem Objekt und dem Referenzpunkt um.
  • Fig. 3 (s. Fig. 1)
    120
    Sendefilter (z. B. Intensitätsfilter)
    122
    Empfangsfilter
  • Fig. 4
  • S400 Taste eine größere interessierende Fläche mit einer kleineren Auflösung ab, um erste Abtastdaten (z. B. Hintergrunddaten) zu erhalten.
  • S402 Bestimme eine lokale interessierende Region innerhalb der größeren Fläche basierend auf der Abtastung
  • S404 Taste die lokale interessierende Fläche mit einem höheren Auflösungsniveau ab, um zweite Abtastdaten (z. B. Vordergrunddaten) zu erhalten.
  • S406 Integriere die ersten Abtastdaten und die zweiten Abtastdaten, um eine dreidimensionale Karte der größeren interessierenden Fläche bereitzustellen, um die Identifikation zumindest eines Hindernisses, einer Landmarke oder eines Führungsmerkmals zu erleichtern.
  • Fig. 5, 6
  • Column = Spalte
  • Row = Zeile
  • Fig. 7 (s. Fig. 1)
    171
    Kamera

    • Claims (24)

    1. Optischer Entfernungsmesser (99, 101, 199) zur Messung der Entfernung zwischen dem Entfernungsmesser (99, 101, 199) und einem Objekt (108), mit einer Quelle (100) zum Erzeugen eines Strahls elektromagnetischer Energie, einem fokussierenden optischen Element (102) zur Fokussierung oder Kollimation des Strahls, einer Mikrospiegelanordnung (104) zum Empfangen des Strahls vom fokussierenden optischen Element (102) und zur Abgabe eines steuerbaren Strahls, einem Datenprozessor (116) zur Auswahl eines Auflösungsniveaus des steuerbaren Strahls basierend auf einer vorhergehenden Abtastung mit geringerer Auflösung über eine größere Fläche, und einem optischen Übertragungselement (106) zur Fokussierung des steuerbaren Strahls auf ein Objekt (108) zur Abschätzung der Entfernung zwischen dem Objekt (108) und dem Entfernungsmesser (99, 101, 199).
    2. Optischer Entfernungsmesser (99, 101, 199) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrospiegelanordnung (104) ein mikroelektromechanisches System ist.
    3. Optischer Entfernungsmesser (99, 101, 199) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrospiegelanordnung (104) eine Reihe deformierbarer reflektierender Elemente umfasst, die mit einer Strahlsteuerung (117) verbunden sind, welche die deformierbaren reflektierenden Elemente steuert, um die Richtung des steuerbaren Strahls vorzugeben.
    4. Optischer Entfernungsmesser (99, 101, 199) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlsteuerung (117) betreibbar ist, Elemente der Mikrospiegelanordnung (104) schon vor dem Zeitpunkt zu aktivieren, an dem eine Positionsänderung der Elemente wirklich erforderlich ist, um die Antwortzeit der Mikrospiegelanordnung (104) zu vermindern.
    5. Optischer Entfernungsmesser (99, 101, 199) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlgröße des gesteuerten Strahlungsmusters durch Reflexionsbeiträge mehrerer reflektierender Elemente der Mikrospiegelanordnung (104) bestimmbar ist.
    6. Optischer Entfernungsmesser (99, 101, 199) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der steuerbare Strahl einen ersten Strahl mit einer geringeren Auflösung und einen zweiten Strahl mit einer höheren Auflösung umfasst, wobei der erste Strahl erste Abtastdaten zur Identifikation einer lokalen interessierenden Fläche innerhalb einer globalen Fläche bereitstellt und die Daten der zweiten Abtastung mit der lokalen interessierenden Fläche in Beziehung stehen.
    7. Optischer Entfernungsmesser (99, 101, 199) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (100) elektromagnetischer Energie einen Laser umfasst, dass das fokussierende optische Element (102) eine Linse umfasst, und dass das optische Übertragungselement (106) eine Linse umfasst.
    8. Optischer Entfernungsmesser (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Intensitätsfilter (120) im Weg des steuerbaren Strahlungsmusters angeordnet ist, um die maximale Entfernung der globalen interessierenden Fläche und/oder der lokalen interessierenden Fläche zu begrenzen.
    9. Optischer Entfernungsmesser (101) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Intensitätsfilter (122) im Weg des vom Objekt (108) reflektierten steuerbaren Strahls angeordnet ist, um den vom Objekt (108) reflektierten Strahl zwecks Abschätzung einer ungefähren Farbe des Objekts (108) zu filtern.
    10. Optischer Entfernungsmesser (99, 101, 199) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Abtastung auf ein Hintergrundobjekt und ein potentielles Vordergrundobjekt gerichtet wird, und dass ein zweiter Abtastvorgang auf das potentielle Vordergrundobjekt gerichtet wird, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des potentiellen Vordergrundobjekts zu überprüfen.
    11. Optischer Entfernungsmesser (99, 101, 199) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste Abtastdaten sich auf eine globale interessierende Region beziehen und eine zweite Abtastung sich auf eine lokale interessierende Region bezieht, wobei die interessierende lokale Region sich auf eine mit einem Objekt (108) verbundene Diskontinuität bezieht, welche eine wesentliche Änderung der Amplitude des vom Objekt (108) reflektierten Strahlungsmusters oder eine Abwesenheit der Reflexion innerhalb einer vorbestimmten Nachbarschaft des Objekts (108) wiedergibt.
    12. Optischer Entfernungsmesser (99, 101, 199) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Diskontinuität eine Unterbrechung oder Störung in einer Erntegutkante auf einem Feld wiedergibt.
    13. Optischer Entfernungsmesser (99, 101, 199) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Farbkamera (171) verwendet wird, um Regionen ähnlicher Farbe zu identifizieren, die Oberflächen des Objekts (108) bei gegebenen Entfernungen entsprechen könnten.
    14. Optischer Entfernungsmesser (99, 101, 199) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein optisches Empfangselement (110) zur Aufnahme einer Reflexion des steuerbaren Strahlungsmusters vom Objekt (108), ein Detektor (112) zum Empfang der Reflexion und Bereitstellung eines Ausgangssignals an den Datenprozessor (116) und ein mit dem Datenprozessor (116) verbundener Timer (118) zur Bestimmung einer zwischen dem Absenden eines identifizierbaren Impulses elektromagnetischer Strahlung von der Quelle (100) und dem Empfang der Reflexion des identifizierbaren Impulses am Detektor (112) verstrichenen Zeit, die auf die Entfernung zwischen dem Entfernungsmesser (99, 101, 199) und dem Objekt (108) hinweist, vorgesehen sind.
    15. Verfahren zur Bestimmung der Entfernung zwischen einem Objekt (108) und einem Referenzpunkt, mit folgenden Schritten:
      Abstrahlen elektromagnetischer Strahlung,
      Fokussieren der elektromagnetischen Strahlung auf eine Mikrospiegelanordnung (104),
      Richten der fokussierten elektromagnetischen Strahlung in einer definierten Richtung oder einem definierten Strahlungsmuster auf ein Objekt (108), entsprechend einer Abtastung mit geringerer Auflösung über eine größere Fläche oder einer Abtastung, die auf einer vorhergehenden Abtastung mit geringerer Auflösung basiert, mit höherer Auflösung über eine kleinere interessierende Fläche,
      Empfangen vom Objekt (108) reflektierter elektromagnetischer Strahlung,
      Detektion des Empfangs reflektierter elektromagnetischer Strahlung,
      Feststellung einer zwischen der Absendung der elektromagnetischen Strahlung auf das Objekt (108) und dem Empfang der elektromagnetischen Strahlung vom Objekt (108) verstrichenen Zeit, und
      Umrechnen der verstrichenen Zeit in eine Entfernung zwischen dem Objekt und dem Referenzpunkt.
    16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die abgestrahlte elektromagnetische Strahlung gefiltert wird, um die Intensität der auf die Mikrospiegelanordnung (104) einfallenden elektromagnetischen Strahlung zu steuern.
    17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierte elektromagnetische Strahlung gefiltert wird, um die Intensität der auf einen Detektor (112) einfallenden elektromagnetischen Strahlung zu steuern.
    18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die reflektierte elektromagnetische Strahlung in frequenzselektiver Weise gefiltert wird, um eine ungefähre Farbe des Objekts abzuschätzen.
    19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastung mit geringerer Auflösung auf ein Hintergrundobjekt und ein potentielles Vordergrundobjekt gerichtet wird, und dass die Abtastung mit höherer Auflösung auf das potentielle Vordergrundobjekt gerichtet wird, um das Vorhandensein oder Fehlen des potentiellen Vordergrundobjekts an einer speziellen Raumposition zu überprüfen.
    20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass erste Abtastdaten sich auf eine globale interessierende Region beziehen und eine zweite Abtastung sich auf eine lokale interessierende Region bezieht.
    21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die interessierende lokale Region sich auf eine mit einem Objekt (108) verbundene Diskontinuität bezieht, welche eine wesentliche Änderung der Amplitude des vom Objekt (108) reflektierten Strahlungsmusters oder eine Abwesenheit der Reflexion innerhalb einer vorbestimmten Nachbarschaft des Objekts (108) wiedergibt.
    22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Diskontinuität eine Unterbrechung oder Störung in einer Erntegutkante auf einem Feld wiedergibt.
    23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass Regionen ähnlicher Farben identifiziert werden, die Oberflächen des Objekts (108) bei gegebener Entfernung entsprechen.
    24. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Farbe des Objekts (108) eine Rotkomponente und/oder eine Grünkomponente und/oder eine Blaukomponente und/oder eine Infrarotkomponente der reflektierten Strahlung verarbeitet wird.
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